Лекция А.В. Готовцева для аспирантов ИВП РАН

1. • МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОД
• В РАЗВЕТВЛЁННОЙ СИСТЕМЕ ВОДОТОКОВ
• Готовцев Алексей Васильевич
•
• Институт водных проблем РАН,
• Лаборатория управления водными ресурсами (ЛУВР)
• gotov44@mail.ru
• Аспирантам –
• 2015.02.18

2. • HEC-RAS – Корпус американских инженеров
• MIKE – Датский гидравлический институт
• ECOMAG – ИВП РАН, автор Мотовилов Ю.Г.
• WPI-RQC – ИВП РАН, автор Готовцев А.В.

5. • В модели реализован алгоритм
эвристической оптимизации по критерию
минимума мощности вновь вводимых
очистных сооружений при выполнении
ограничений на концентрацию ЗВ в
заданных створах речной сети.

9. Схема Москва-реки
в пределах МКАД

21. Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!
Продолжение :Продолжение :
Оценка предельно допустимой антропогеннойОценка предельно допустимой антропогенной
нагрузки на русловую и коллекторную сетьнагрузки на русловую и коллекторную сеть
Москва-реки в пределах МКАДМосква-реки в пределах МКАД
Готовцев А.В., Данилов-Данильян В.И., ЛаринаГотовцев А.В., Данилов-Данильян В.И., Ларина
Е.Г.Е.Г.

22. ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ
АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА РУСЛОВУЮ И
КОЛЛЕКТОРНУЮ СЕТЬ МОСКВА-РЕКИ В
ПРЕДЕЛАХ МКАД
Готовцев А.В., Данилов-Данильян В.И., Ларина
Е.Г.
Институт водных проблем РАН, г. Москва, РОССИЯ

23.  всего на территории города Москвы в
пределах МКАД имеется более 140
водотоков, общая протяженность
которых составляет около 660 км
 45 рек и ручьев имеют полностью
открытые русла
 40 водотоков полностью забраны в
коллекторы
 остальные имеют частично открытые
русла и частично заключены в коллекторы

24.  «малые» (протяженностью от 26 до 100
км)
 «самые малые» (от 10 до 25 км)
 «мельчайшие реки и ручьи» (менее 10
км)
Реки, протекающие на
рассматриваемой
территории, можно
разделить на три типа:

29. Модель «WPI-RQC» позволяет
оценивать неконсервативный
одномерный стационарный перенос
загрязняющих веществ:
 от точечных источников
 от неточечных (диффузных) источников

30.  Наблюдательный режим – при заданных нагрузках
от точечных и диффузных источников ЗВ вычисляются
концентрации и потоки ЗВ во всех расчетных створах
разветвленной системы русел.
 Режим калибровки – при известных натурных
концентрациях ЗВ в контрольных створах вычисляются
«невязки» потоков ЗВ, на основе которых
корректируются диффузный сток ЗВ и другие
расчетные параметры.
 Режим управления качеством – при заданных
ограничениях на концентрации ЗВ определяются
створы, в которых необходимо построить сооружения
для очистки сбрасываемых в эти створы сточных вод, а
также мощность и стоимость этих сооружений.
Модель WPI-RQC работает в
трех режимах:

31. – р. Яуза - левый приток, общая протяженность - 48 км,
в черте города – 26,4 км, площадь бассейна – 450 км2
– р. Сетунь - правый приток, общая протяженность – 38
км, в черте города –25,1 км, площадь бассейна–190 км2
– р. Сходня - левый приток, общая протяженность – 47
км, в черте города – 31,6 км, площадь бассейна – 255
км2
Помимо Сходни, Сетуни и Яузы в модели поименно
учитываются 9 притоков первого порядка и 4
притока второго порядка
В черте города р. Москва имеет 33 притока первого порядка.
Из них три наиболее крупных выбраны нами на первом этапе
для включения в расчетную Схему модели:

32. Схема Москва-реки
в пределах МКАД

33. Агрегированные
коллекторы стока
загрязняющих веществ
• ЗВ от точечных источников поступают не
сразу в реку, а в коллекторы сточных вод,
которые примыкают ко всем вершинам
графа, кроме конечной
• ЗВ частично разлагаются, «пробегая»
некоторый путь (равный длине
коллектора), прежде чем попасть в реку
• скорость «пробега» в первом
приближении полагается равной скорости
течения воды в примыкающем к
коллектору створе реки

34. 5 4
Митино, ниже
р.Братовка
Куркино, выше
ручья Безымянного
4к
QP ZP
ZW
Фрагмент «агрегированный коллектор»

35. Условие проведения расчетов в режиме
«Калибровка» для биохимической потребности в
кислороде (БПК):
С≡ПДК=3 мг/л,
Где С-концентрация ЗВ, ПДК-значение предельно
допустимой концентрация

36. Название левой вершины Вектор NR
L
км
LZ
км
QP
м3/с
ZP
г/с
Zw
г/с*уч.
1 2 3 4 5 6 7
1. Ниже Рублёво
2. Спасский мост
3. Керосиновый,устье
4. р.Сх,в.Безымянного
5. р.Сх,н. р.Братовки
6. Мост походн. пр-да
7. Мост у Строит. пр
8. Сходня устье
9. Ниже Сходни
10. Соболевский, устье
11. Таракановка, устье
12. р. Филька, устье
13. Ваган.Студенец,уст
14. р.Пресня, устье
15. Бережковский мост
16. Мост Новопеределк.
17. р.Сетунь МКАД
18. Багрицкий мост
19. Аминьевский мост
20. Минский мост
21. р.Сетунь устье
22. Бабьегородс. плот.
23. Б.Москворецк. мост
24. р. Яуза МКАД
25. р.Яуза ул. Широкая
26. р. Яуза Чермянка
27. р. Яуза Лихоборка
28. р.Яуза Яросл. мост
29. р.Яуза Электрозав.
30. р. Яуза устье
31. Б.Краснохолм. мост
32. р. Чура устье
33. р. Котловка устье
34. АМО ЗИЛ
35. Плотина Перерв.
36. р. Нищенка, устье
37. Выше ОКСА
38. Ниже ОКСА
39.я р. Городня устье
40. Выше Бесед. Моста
41. Бесединский мост
2
3
8
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
21
17
18
19
20
21
22
23
30
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
7.9
1.5
0.4
0.5
5.8
1.4
2.1
0.8
5.0
3.9
2.0
2.8
1.4
3.4
0.8
14.0
4.8
1.8
6.0
4.0
6.5
1.9
1.1
0.9
4.3
4.3
3.6
6.0
7.2
1.2
5.4
1.2
1.3
5.5
1.8
1.8
3.7
7.5
0.5
1.0
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
15.0
2.0
1.0
7.0
1.0
2.0
1.0
1.0
2.0
1.0
1.0
1.0
1.0
5.0
2..0
7.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
6.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
3.0
4.0
3.0
1.0
5.0
2.0
4.0
3.0
1.0
35.7
4.8
2.4
16.3
2.3
4.7
2.4
2.5
5.1
2.4
2.4
2.4
2.4
12.1
4.8
17.1
2.6
2.4
2.4
2.4
2.4
2.4
2.4
14.0
2.3
2.3
2.3
2.3
2.3
2.4
2.5
7.6
10.1
7.3
2.4
12.7
4.8
9.5
7.3
2.4
3.1
0.7
0.2
0.1
1.0
0.3
0.5
0.9
6.3
3.8
2.0
2.9
1.5
4.1
0.9
3.1
1.6
0.4
1.6
1.2
8.4
2.5
1.5
0.1
0.6
0.7
0.7
1.3
1.7
2.0
14.9
3.4
3.9
13.9
3.8
6.1
8.5
18.1
1.4
2.8
137 400 96.0 124 133
Исходные данные и результаты калибровки мощностей точечных (ZP)
и диффузных (Zw) источников ЗВ при условии СБПК≡ПДК=3 мг/л

37. Левый створ
Правый створ Q (м3
/с) Z (г/с.)
1. Ниже Рублёво
2. Спасский мост
3. Керосиновый,устье
4. р.Сх,в.Безымянного
5. р.Сх,н. р.Братовки
6. Мост походн. пр-да
7. Мост у Строит. пр
8. Сходня устье
9. Ниже Сходни
10. Соболевский, устье
11. Таракановка, устье
12. р. Филька, устье
13. Ваган.Студенец,уст
14. р.Пресня, устье
15. Бережковский мост
16. Мост Новопеределк.
17. р.Сетунь МКАД
18. Багрицкий мост
19. Аминьевский мост
20. Минский мост
21. р.Сетунь устье
22. Бабьегородс. плот.
23. Б.Москворецк. мост
24. р. Яуза МКАД
25. р.Яуза ул. Широкая
26. р. Яуза Чермянка
27. р. Яуза Лихоборка
28. р.Яуза Яросл. мост
29. р.Яуза Электрозав.
30. р. Яуза устье
31. Б.Краснохолм. мост
32. р. Чура устье
33. р. Котловка устье
34. АМО ЗИЛ
35. Плотина Перерв.
36. р. Нищенка, устье
37. Выше ОКСА
38. Ниже ОКСА
39. р. Городня устье
40. Выше Бесед. Моста
→Спасский мост
→Керосиновый,устье
→Сходня устье
→р.Сх,н. р.Братовки
→Мост походн. пр-да
→Мост у Строит. пр
→Сходня устье
→Ниже Сходни
→Соболевский, устье
→Таракановка, устье
→р. Филька, устье
→Ваган.Студенец,уст
→р.Пресня, устье
→Бережковский мост
→р.Сетунь устье
→р.Сетунь МКАД
→Багрицкий мост
→Аминьевский мост
→Минский мост
→р.Сетунь устье
→Бабьегородс. плот.
→Б.Москворецк. мост
→р. Яуза устье
→р.Яуза ул. Широкая
→р. Яуза Чермянка
→р. Яуза Лихоборка
→р.Яуза Яросл. мост
→р.Яуза Электрозав.
→р. Яуза устье
→Б.Краснохолм. мост
→р. Чура устье
→р. Котловка устье
→АМО ЗИЛ
→Плотина Перерв.
→р. Нищенка, устье
→Выше ОКСА
→Ниже ОКСА
→ р. Городня устье
→Выше Бесед. Моста
→ Бесединский мост
15.0
17.0
18.0
7.0
8.0
10.0
11.0
30.0
32.0
33.0
34.0
35.0
36.0
41.0
43.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
55.0
56.0
57.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
69.0
70.0
73.0
77.0
80.0
81.0
86.0
88.0
92.0
95.0
96.0
45
51
54
21
24
30
33
90
96
99
102
105
108
123
129
21
24
27
30
33
165
168
171
18
21
24
27
30
33
207
210
219
231
240
243
258
264
276
285
288
Расходы воды и ЗВ (БПК) при условии калибровки СБПК
≡ПДК=3 мг/л

39. Условие проведения расчетов в режиме
«Калибровка»
для нефтепродуктов
С≡ПДК=0.3 мг/л,
где С-концентрация ЗВ, ПДК-значение предельно
допустимой концентрация

43. Из расчетов, соответствующих сценарию «Определение
предельно допустимой нагрузки» следует, что на входе в
Москву поток нефте-продуктов в основном русле равен 4.5 г/с, а
на выходе – 28.8 г/с.
Самоочищение в исследуемой русловой и коллекторной сети
равно 5.815 г/с (183.4 т/год), что составляет 21 % от
антропогенного или 17 % от общего объёма (природного и
антропогенного) ЗВ, поступающего в сеть.
Расчеты, выполненные для нефтепродуктов при k=0.1 сут-1 (что
соответствует температуре воды 20ºС), показывают наибольшее
по сезонам значение предельно допустимой нагрузки.
Очевидно, что в зимний период, когда скорость распада ЗВ
существенно меньше, расчётное значение предельно
допустимой нагрузки уменьшится.

44. Спасибо за внимание!